斗拱型大跨度空间钢网壳的稳定分析

论文摘要

斗拱型大跨度空间钢网壳是一种新型的网壳结构形式,它与以往的穹顶结构不同的是：引进了“斗拱”的概念,穹顶采用普通的网壳结构,而下部采用水平环叠加的形式构成,把刚性的网壳和拉杆很好地结合在了一起。国内外对这种穹顶结构形式的研究较少,认识尚不全面。论文以不同跨度、不同边界条件的斗拱型大跨度空间钢网壳结构为研究对象,对该种网壳结构的静力性能、考虑几何和材料双重非线性的稳定性能,以及抗震性能等方面进行了研究。首先研究了斗拱型大跨度空间钢网壳结构的结构形式、计算模型,然后采用3D3S和ANSYS程序对斗拱型大跨度空间钢网壳结构进行力学分析,对结构的位移、内力等静力性能进行分析,为该类结构的稳定、动力及抗震研究提供了理论基础。在静力受力分析的基础上,应用非线性有限元分析方法,深入全面地分析了考虑几何和材料双重非线性的斗拱网壳结构静力非线性稳定性能。从实际应用角度考虑,进一步研究了跨度、几何初始缺陷、支承条件等参数对斗拱型大跨度空间钢网壳结构极限承载力的影响。接下来,分别对单层和双层球面网壳进行了考虑双重非线性的稳定性分析,并将结果与斗拱型大跨度空间钢网壳的结果作了对比。此处,单层和双层球面网壳与前面所述斗拱型大跨度空间钢网壳具有相同跨度和失跨比。针对跨度80m的斗拱型大跨度钢网壳结构,研究其在地震作用下的抗震性能,利用动力时程分析法分别对一维水平地震、一维竖向地震、二维地震和三维地震作用下的情况进行了分析,得出了斗拱型大跨度空间钢网壳结构的自振特性和动内力分布规律,以及该结构形式在上述四种地震作用下的动力响应规律。最后,对论文研究工作进行了总结,得出了一些有参考价值的结论,并提出需要进一步研究解决的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 网壳结构的特点与分类
• 1.2.1 网壳结构的优缺点
• 1.2.2 网壳结构的分类
• 1.3 斗拱型大跨度空间钢网壳研究进展
• 1.3.1 斗拱型大跨度空间钢网壳研究进展
• 1.3.2 佛山岭南明珠体育馆工程
• 1.4 论文研究的目的、意义和主要内容
• 2 网壳结构的非线性稳定分析原理
• 2.1 引言
• 2.2 网壳结构的弹塑性大位移分析
• 2.3 网壳结构的稳定分析
• 2.3.1 网壳结构的失稳分类
• 2.3.2 临界点的经典理论
• 2.3.3 网壳结构整体稳定分析方法
• 2.3.4 几何初始缺陷的模拟及取值
• 2.3.5 计算空间钢结构极限承载力的简化步骤
• 2.4 ANSYS在网壳非线性稳定分析中的应用
• 2.4.1 BEAM188单元
• 2.4.2 ANSYS非线性稳定分析
• 2.5 单层球面网壳的非线性稳定分析例证
• 2.6 本章小结
• 3 斗拱型网壳结构静力稳定分析
• 3.1 引言
• 3.2 斗拱型网壳结构计算模型及参数选取
• 3.3 斗拱网壳静力求解
• 3.4 斗拱网壳特征值屈曲分析
• 3.4.1 铰接情况下的特征值屈曲分析
• 3.4.2 固接情况下的特征值屈曲分析
• 3.5 斗拱网壳非线性屈曲分析
• 3.6 跨度对斗拱型网壳结构非线性稳定的影响
• 3.7 缺陷对斗拱型网壳结构非线性稳定的影响
• 3.8 支承方式对斗拱型网壳结构非线性稳定的影响
• 3.9 截面选取对斗拱型网壳结构非线性稳定的影响
• 3.10 其他因素对斗拱型网壳结构非线性稳定的影响
• 3.11 本章小结
• 4 斗拱型网壳与单、双层球面网壳非线性稳定性对比
• 4.1 引言
• 4.2 单层和双层球面网壳模型的选取
• 4.3 单层球面网壳非线性稳定性分析和对比
• 4.3.1 60m单层K8型球面网壳
• 4.3.2 80m单层K8型球面网壳
• 4.3.3 100m单层K8型球面网壳
• 4.3.4 斗拱型网壳和单层K8型球面网壳的非线性稳定性对比
• 4.4 双层球面网壳非线性稳定性分析和对比
• 4.4.1 60m双层凯威特型球面网壳
• 4.4.2 80m双层凯威特联方型球面网壳
• 4.4.3 100m双层凯威特联方型球面网壳
• 4.4.4 斗拱型网壳和双层凯威特型球面网壳的非线性稳定性对比
• 4.5 本章小结
• 5 斗拱型网壳结构在地震作用下的动力分析
• 5.1 引言
• 5.2 基本理论
• 5.2.1 振型分解反应谱法
• 5.2.2 时程分析法
• 5.3 地震波的选取
• 5.3.1 地震波的输入与调整
• 5.3.2 地震波的持续时间
• 5.3.3 阻尼系数的选取
• 5.4 斗拱型网壳的自振特性
• 5.5 地震作用下斗拱型网壳的时程分析
• 5.5.1 一维水平地震作用（X向）
• 5.5.2 一维竖向地震作用（Z向）
• 5.5.3 二维地震作用（X、Z向）
• 5.5.4 三维地震作用（X、Y、Z向）
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研和教研项目
• 致谢